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                SDB80 型地鐵車輛軸箱軸承壓裝問題分析

                2019-05-31 14:11:19
                   中車四方股份公司設計的 SDB80 型地鐵車輛應用 於多個城市軌道交通項目 , 車輛軸箱軸承采用︾壓裝的 方式組裝 。 在車輛架 、 大修軸承檢修退卸過程中 , 發現 少數軸承 、 車軸存在劃傷問題 。 以往軸箱∏軸承的壓裝 使用移動式壓力機 , 壓裝力從壓力表上讀取 , 壓裝過程 力不能實 時 記 錄 , 難 以 提 前 發 現 壓 裝 潛 在 質 量 問 題 。 2016 年開始 , 公司采用能實時記錄壓裝力並繪制壓力 曲線的壓力機壓裝 , 通過研◤究壓力曲線 , 發現部分軸承 壓裝過程中壓力曲線上升異常及壓力曲線存在壓力波 動 ( 跳噸 ) 問題 。 其中 壓 裝 力 上 升 異 常 的 軸 承 退 卸 後 , 車軸 、 軸承易存在劃傷問題 , 劃傷嚴重的車軸及軸□ 承不 能修復導致產品報廢 , 壓力波動 ( 跳噸 ) 導致產品組裝 合格率降低№ , 造成返工 。 因此 , 研究解決軸承壓裝壓力 上升異常 、 跳噸問題對於降低軸承退卸劃傷率 、 提高軸 箱軸承壓裝合格率有重要意義。

                1 軸箱軸承壓【裝簡介

                   軸箱軸承壓裝過程為 : 清潔車軸軸頸並在 距 軸 端 60mm 的範圍內 塗 抹 二 硫 化 鉬 潤 滑 劑 , 利 用 車 軸 端 部 三個螺孔 及 中 心 孔 在 車 軸 端 部 定 位 組 裝 軸 端 引 導 工裝 , 將軸承預組到軸端引導工裝上 , 然後用壓力機推動 組裝套圈將軸承壓↑入到車軸上 ( 見圖 1) 。 壓裝設備有 移動式壓力機和固定式壓力機兩種 : 移動〖式壓力機可 以自由移動 , 壓裝時通過壓力表讀取壓力值 , 壓裝時一 次只能壓裝車軸的一端 ; 固定式〗壓力機不能移動 , 具備 實時顯示 、 記 錄 壓 力 功 能 , 壓 裝 時 車 軸 兩 端 可 以 同 時 壓裝 。

                2 存在問題

                通過對固 定 式 壓 力 機 軸 箱 軸 承 壓 力 曲 線 進 行 分 析 , 壓裝過∑ 程主要存在以下問題 。
                (1 ) 壓裝力上升異常 ( 見圖 2) , 退卸後 , 車軸及軸承 易出現劃⊙傷 , 個別車軸 、 軸承劃傷嚴重 , 不能繼續使用 。

                (2 ) 壓裝曲線出現跳噸現象 , 波動明顯 ( 見圖 3) , 在 曲線波動過程中 , 軸承相對於車ㄨ軸時進時停 , 出現振動 現象 。 跳噸的軸承退卸後一般無劃傷 , 但有的項目對 壓力曲線♀有要求 , 影響壓裝合格率 。

                3 原因分析

                3.1影響軸箱軸承壓裝力的因素
                   
                軸承在壓裝過程中受力情況如下 :
                 當軸※承壓入車軸軸頸中時 , 壓裝力 F 主要ぷ包括兩 部分 : 一部分是軸承內圈與車軸軸頸配合部位因徑向 正〗壓力產生的 動 摩 擦 力 F1;另 一 部 分 是 車 軸 、 軸 承 引 導 端 斜 角 分 別 克 服 軸 承 、 車 軸 彈 性 變 形 產 生 的 軸 向 力 F2。
                 F1 的大小可用下式近似計算 :

                 F1≈πdLpμ ≈πdLμ δE( R 2 -r 2 )/(4 R 2 r) (1 ) 式中 ,d : 車軸直徑 ,L : 結合面的長度 ,p : 徑向正壓 力 ,δ : 過盈量 ,E : 彈性系數 ,R :1 /2軸承〒內圈外徑 ,r :1 /
                 
                   對於該型軸承及¤車軸 ,d 、δ 、E 、R 、r均為定值 。 勻 速≡壓裝過程中 ,L 的數值隨著壓裝的進行均 勻 增 加 , μ 主要與潤滑劑的選用及塗抹狀態有關 。
                 F2 的存在導致壓力曲線起點∮陡升以及曲線末端 因軸承內圈已逐■漸完全壓入所產生壓力下降 。
                  

                  正常的壓力曲線前端起點陡升後基本沿一定的斜 率上升 , 並在曲線的末ω端出現一定的緩慢下降 , 見圖 4。
                 


                3.2 壓裝力異常︻上升原因分析

                    壓力異常上升的曲線 ( 見圖 3)主要存在以下幾個 問題 :(1 ) 起點陡升過高 。(2 ) 起點陡升後曲線上升斜 率過大 , 或者出現斜率逐漸變大的情況 。(3 ) 曲線末端 無壓力降低現象√ 。
                   
                  異常上升的壓力曲線表→明在正常的壓裝 力 以 外 , 出現了一個額外的力阻礙軸承與車軸▂間相對移動 , 此 種情況下 , 車軸及軸承配合表面大概率存在劃傷問題 。 因為壓裝過程車軸▓ 、 軸承劃傷】後 , 需要更大的力克服車 軸與軸承表面劃傷產生的塑性變形 , 而且劃傷的程度 會隨著壓裝的進行↘逐漸擴大 , 所需要增加的壓◥裝力也 越來越大 。

                 造成這種現象有以下可能的原因 :
                 (1 ) 在壓㊣入過程中 , 軸承未能對中 , 軸承與車軸 配 合部位徑向受力不均勻 , 受力大的部位潤滑膜破□壞 , 車 軸與軸承←內圈局部黏著損壞 。 經過調查 , 對壓≡裝軸承 的工裝 及 設 備 進 行 檢 查 , 可 以 排 除 軸 承 未 能 對 中 的 可能 。

                 (2 ) 車軸軸頸前端或軸承內圈引導端過渡存在加 工接刀尖角 , 未圓滑過渡⊙ , 使壓裝前端引導角度增加 , 壓裝引入瞬間 , 車軸引導端克服軸承內圈彈性變形及 軸承內圈克服車軸彈性變形產生的軸向力 F2 增大 , 壓 裝曲線前端可以看出◢出現較大的陡升 。 軸向力增大使 得局部潤滑膜承受壓力加大 , 潤滑膜易╳被破壞 , 潤滑膜 破壞後 , 在壓裝過程中沒有新的潤滑劑補充 , 車軸與軸 承內圈會發生黏著損壞 。

                 該車型◣車軸前端引導斜角為 1: 3~1: 5,過渡部分 在車∩床上圓滑打磨 , 不存♂在接刀尖角 。 軸承內圈引導 部位圖紙上為最小 R2.1mm 的圓角 , 實際↘軸承圓角未 能與內圈 表 面 圓 滑 過 渡 , 有 一 個 過 渡 區 , 存 在 輕 微 尖 角 , 具體 見 圖 5。該 軸 承 壓 裝 時 , 僅 在 車 軸 上 距 軸 端60mm 範圍∏內塗抹二硫化鉬 。



                 壓裝開始後 , 車軸引導與軸承引導√接觸 , 隨後車軸 引導與軸承引導分別與車▽軸軸頸 、 軸承內圈接觸並↘相 對移動 , 因車軸初始塗抹潤滑劑較厚 , 軸承內圈將潤滑 劑在車軸軸頸表面推動並在●軸承引導端√與車軸結合部 聚集 , 此時潤滑劑在車軸軸頸表面從軸承引導端ξ到車 軸引導端逐漸變少 , 見圖 6。


                   當軸承引導端存在尖角時 , 軸承內圈←經過的 車 軸 部位潤滑油膜易磨損破壞 , 車軸與軸承內圈表面潤滑 惡化 , 特別●是車軸引導端最為惡劣 , 隨著壓裝的進行 , 車軸引導端與軸承內圈最先開始發生黏著劃傷々 , 隨後 劃傷進一步擴大 ( 見圖 7) 。

                4 改進措施

                  從以∞上各影響因素綜合分析 , 通過改進軸 承 引 導 角 、 改善潤滑方法可以減少壓裝劃傷的問題 。 通過降 低車軸與軸承配合表面動☆靜摩擦系數 、 提高壓裝速度 可以減少壓裝過程中的跳噸現象 , 具體改◥進措施如下 。

                  (1 ) 改進軸承引Ψ 導角 , 在軸承內圈的加工※要求中增 加打磨要∴求 , 將軸承引導部分的圓角與內圈內徑接觸 部位圓↘滑打磨處理 , 見圖 8 所示 。



                (2 ) 改善潤滑 , 針對壓裝過程中車軸引導端相對潤 滑不良的情況 , 同時考慮╱到避免潤滑劑對軸承油脂的 汙染 , 在軸承引導端 20mm 範圍內Ψ 塗抹蓖麻油 , 在壓裝 過程中 , 蓖麻油會在車軸引導端聚集 , 改善車軸引導端 的潤滑 , 改善後壓裝過程中的潤滑情況見★圖 9。 


                (3 ) 提高壓裝速度 , 使壓裝速度大於突進的臨界『速 度 V 0 。

                 改善潤滑後 , 車軸與軸承表面ξ動靜摩擦系 數 差 增 大 , 壓裝過程中軸承更〓容易突進 。 通過試驗驗證 , 將軸 承壓裝速度由 90mm/ min 提高到 150mm/ min,該型軸 承的壓裝跳噸問題得到很好的改善 , 軸承跳噸ζ 率降低 到 4% 以內 。

                5 實施效果

                  通過采取上述改進措施 , 有效避免了軸承 壓 裝 時 壓力『上升異常 、 車軸與◇軸承劃傷問題 , 降低了壓力曲線 跳噸現象 , 使軸承壓裝一次合格率達到 96%,有效控制 了軸箱 軸 承 壓 裝 質 量 , 產 生 顯 著 的 社 會 效 益 及 經 濟 效益 。

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